失效模式的在用压力容器检验分析

失效模式的在用压力容器检验分析

张涛

江苏省特种设备安全监督检验研究院徐州分院江苏徐州221300

摘要：在压力容器出现缺陷前，认真剖析可能出现的失效模式，并依照缺陷类型落实检验手段，则会显著改善缺陷检出情况，让设备稳步运行。本文笔者对失效模式展开了深入剖析，基于此提出了科学的检验方案与合理的检测方法，促进了压力容器检验工作的开展。

关键词：失效模式；在役；压力容器；检验

1失效模式剖析。

参照压力容器失效环节材料产生变化的特征能够将失效模式划分成变形、断裂和腐蚀等不同失效类型。对于变形失效可划分成弹性变形、蠕变变形与塑性变形失效。对于断裂变形依据变形程度能够划分成韧性与脆性断裂，依据裂纹扩展路径可划分成沿晶、穿晶与混晶断裂，依据载荷属性和应力形成原因可划分成疲劳与环境断裂。对于腐蚀失效依据失效类别能够划分成点、缝隙和均匀腐蚀等。对于磨损失效依据产生类别可划分成磨粒、疲劳、微动与腐蚀磨损，本文主要介绍以下几种失效类型。

1.1塑性破裂

压力容器形成严重塑性变形后出现塑性破裂，主要在承载和超载中出现弹性与塑性变形这一过程，位于截面部位的材料均陷入屈服状态，且完全变形后才出现。

1.2脆性破裂

脆性断裂指代当容器内部的器闭压力远远落后于材料自身的强度极限，后者不超过屈服强度情形中出现的破坏类型，由于该破坏出现在低应力中，也将其称作低应力脆断。

1.3腐蚀和冲蚀

腐蚀包含多种类型，例如，大气、冷却水和电化学腐蚀等。冲蚀主要指由于介质之间的相对运动形成的表面材料迁移。后者具体指代当腐蚀摒弃保护膜，有时把金属表面完全暴露，经由腐蚀与冲蚀的综合作用快速形成侵蚀损伤。

2基于失效模式的在用压力容器检验。

图1所示为基于失效模式的在用压力容器检验方案框图。

结合图1，基于失效模式的在用压力容器检验主要包括如下内容。

2.1资料审查项目

其一，对材质进行核查。明确是否符合设计压力等条件，是否符合强度等性能标准；其二，对介质进行核查。主要指代使用环节介质组分与杂质研究，确定应力腐蚀出现的几率；其三，参照荷载变化，依照操作温度确定疲劳和蠕变等发生的几率；其四，核对运行记录，检验启动记录，核查停机记录等，确定是否存在过量充装等几率。

2.2超声波测厚

因介质产生的腐蚀、长期磨损、长时间闲置等且没有实施可靠防护，有些因机械损伤使得器壁大幅减薄，而超声波测厚能够有效检测内壁腐蚀情况。一般应选取时常波动部位、腐蚀程度大、磨损严重等部位作为测量对象。对于超声波测厚仪，在其实际应用过程，应明确不同材料对应的声速修正与待测工件自身的温度产生的影响。另外，综合比对测厚结果、最初的壁厚与上次检测结果，且在超声波测厚过程应明确分层产生的影响。

2.3宏观检验

宏观捡验是一种肉眼观察法，其中会用到内窥镜、放大镜或灯光，包括先用木键或250g重的铜锤来轻敲压力容器器壁，再通过音响检查、目视检查来判断压力容器存在机械损伤、鼓包、变形、凹陷、腐蚀和裂纹等危害性缺陷与否。在实际应用中，一般可先按温度和介质情况来重点检查压力容器的危害性缺陷，再据此确定压力容器的重点检验点，如容器底部及其封头等易发生固体沉积或液体滞留等问题；容器内支承及胀接结构等易在连接结构中出现缝隙死角；开孔、T型焊结构及焊接交叉等易出现应力集中；热水塔底及热交换器为压力容器的液相、气相交界处；容器内局部过热点的温差变化较大；检查不锈钢衬及焊堆是否存有腐蚀产物等。

2.4表面缺陷检测

裂纹是压力容器中危险性最大的缺陷。但肉眼的灵敏度有限，因此在压力容器表面检测中，建议采用渗透检测法和磁粉检测法。其中，磁粉检测法具有成本低、效率高和灵敏度高等优点，则在低合金钢、碳钢等铁磁性材质的表面和近表面缺陷检测时，优先选磁粉检测法；在空间有限或有色金属、不锈钢等非铁磁性材质的表面开口缺陷检测中，优先选渗透检测，注意所选渗透剂不得损坏压力容器的本体材质。此外，若无法在压力容器内壁开展表面检测及其设有隔热耐磨衬，且存在应力腐蚀倾向，建议从外壁来捡测内壁是否存在应力腐蚀裂纹，其中会用到超声波检测法，注意对于低温或存在应力腐蚀倾向的压力容器，建议选用湿荧光磁粉来检测其内壁。在压力容器表面检测中，除了对热影响区和焊缝进行检测外，还应对焊迹、焊疤和工卡具进行检测。

2.5埋藏缺陷检测

埋藏缺陷检测的常用方法包括超声检测、射线检测，但在实际应用中，需注意以下几个方面：一是优选超声波检测法，因为其在降低成本、提高效率和危险缺陷检测率上的作用更为明显；二是在有色金属、不镑钢制压力容器焊接接头的无损检测中，优选射线检测；三是对于高压的厚壁压力容器，一旦超声波检测出危险性缺陷，则需更换不同K值的探头及对其进行复验。

2.6光谱与金相分析

光谱与金相分析的适用对象有所差异，其中光谱分析适用于合金钢或材质不明的压力容器中，而金相分析的适用范围如表1所示。

结语：对压力容器而言，因物理与化学因素的作用，容器十分容易出现变形与磨损问题，严重还会发生泄露，即压力容器失效，一旦出现上述问题将阻碍工业生产活动的开展，除会降低使用寿命外，还可能引发安全隐患。由此可知，落实常规检验十分重要。笔者将联系实践活动探讨失效模式状态下的压力容器。

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